БИОЛОГИЧНА АДАПТАЦИЯ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ВИДОВЕ, ПРИМЕРИ - БИОЛОГИЯ - 2025

А биологична адаптация е характерна присъства в организма, което увеличава капацитета си за оцеляване и размножаване, във връзка с неговите другари, които нямат тази черта. Единственият процес, който води до адаптации, е естественият подбор.

Ако спрем да разгледаме различните родове на живите организми, ще открием, че те са пълни с поредица от сложни адаптации. От мимикрията на пеперудите до сложната структура на крилата им, които позволяват полет.

Източник: От Punnett, Reginald Crundall, чрез Wikimedia Commons

Не всички характеристики или черти, които наблюдаваме при определени организми, могат веднага да бъдат етикетирани като адаптации. Някои от тях могат да бъдат химически или физически последици, могат да бъдат черти, произведени от генетичен дрейф или от събитие, наречено генетичен стоп.

Характеристиките на организмите могат да бъдат проучени чрез прилагане на научния метод, за да се провери дали те наистина са адаптации и каква е тяхната ориентировъчна функция.

За целта трябва да бъдат предложени и тествани хипотези за потенциална употреба с подходящ експериментален дизайн - или чрез манипулиране на индивида, или чрез просто наблюдение.

Въпреки че адаптациите често изглеждат перфектни и дори „проектирани“, те не са. Адаптациите не са резултат от съзнателен процес, тъй като еволюцията няма нито край, нито цел, нито се стреми към усъвършенстване на организмите.

характеристики

В зависимост от острова се е развил различен вид фин.

Адаптирането е черта, която повишава годността на даден индивид. В еволюционната биология терминът фитнес или биологична годност се отнася до способността на организма да остави потомство. Ако определен индивид остави повече потомство от партньор, се казва, че има по-голяма годност.

Най-подходящият индивид не е най-силният, нито най-бързият, нито най-големият. Той е този, който оцелява, намира половинка и се възпроизвежда.

Някои автори често добавят други елементи в своите определения за адаптация. Ако вземем предвид историята на родословието, можем да определим адаптацията като производна черта, развила се в отговор на определен селективен агент. Това определение сравнява ефектите на характера върху фитнеса за конкретен вариант.

Видове адаптация

Трите основни типа адаптации, базирани на това как се изразяват генетичните промени, са структурни, физиологични и поведенчески корекции. В рамките на всеки от тези видове се извършват различни процеси. Повечето организми имат комбинации от трите.

Морфологични и структурни

Тези адаптации могат да бъдат анатомични, включително мимикрия и криптично оцветяване.

От своя страна мимикрията се отнася до външната прилика, която някои организми са способни да развият, за да имитират характеристики на други по-агресивни и опасни, за да ги прогонят.

Например кораловите змии са отровни. Те могат да бъдат разпознати по техните характерни ярки цветове. От друга страна, кралическите планински змии са безобидни, но въпреки това цветовете им ги правят да изглеждат като коралов риф.

Появата на организъм се моделира чрез структурни адаптации в зависимост от средата, в която се развива. Например пустинните лисици имат големи уши за топлинно излъчване, а арктическите лисици имат малки уши, за да задържат телесната топлина.

Благодарение на пигментацията на козината им, белите полярни мечки се маскират върху ледени вълни и забелязани ягуари в петна сянка на джунглата.

Растенията също страдат от тези промени. Дърветата могат да имат коркова кора, за да ги предпазят от горски пожари.

Структурните модификации засягат организмите на различни нива - от колянната става до наличието на големи полетни мускули и остро зрение за хищните птици.

Физиологични и функционални

Тези видове адаптации включват промяна в органите или тъканите. Те са промяна във функционирането на организма за решаване на проблем, който възниква в околната среда.

В зависимост от химията на тялото и метаболизма, физиологичните адаптации обикновено не се показват видимо.

Ясен пример за този тип адаптация е хибернацията. Това е сънливо или летаргично състояние, през което преминават много топлокръвни животни през зимата. Физиологичните промени, които настъпват през периода на зимен сън, са много различни в зависимост от вида.

Физиологична и функционална адаптация биха били например по-ефективните бъбреци за пустинни животни като камили, съединенията, които предотвратяват кръвосъсирването в слюнката на комари или наличието на токсини в листата на растенията, за да ги отблъснат. тревопасните животни.

Често са необходими лабораторни изследвания, които измерват съдържанието на кръв, урина и други телесни течности, проследяват метаболитните пътища или микроскопични изследвания на тъканите на организма, за да се идентифицират физиологичните адаптации.

Понякога е трудно да ги открием, ако няма общ прародител или тясно свързани видове, с които да се сравняват резултатите.

Етологични или поведенчески

Тези адаптации засягат начина, по който живите организми действат поради различни причини, като например осигуряване на възпроизвеждане или храна, защита от хищници или промяна на местообитанията, когато условията на околната среда не са подходящи.

Сред поведенческите адаптации намираме миграция, която се отнася до периодичната и мащабна мобилизация на животни от техните естествени места за размножаване към други местообитания.

Това изместване се случва преди и след размножителния сезон. Любопитното в този процес е, че в него се развиват други промени, които могат да бъдат анатомични и физиологични, както се случва с пеперуди, риби и пеперуди.

Друго поведение, което подлежи на промяна, е ухажването или ухажването. Вариантите му могат да бъдат невероятно сложни. Целта на животните е да получат половинка и да я насочат към чифтосване.

По време на периода на чифтосване повечето видове имат различно поведение, считано за ритуали. Те включват излагане, издаване на звуци или предлагане на подаръци.

Така можем да наблюдаваме, че мечките презимуват, за да избягат от студа, птиците и китовете мигрират към по-топъл климат, когато е зима, а пустинните животни са активни през нощта през горещо лятно време. Тези примери са поведения, които помагат на животните да оцелеят.

Често пъти поведенческите адаптации вземат внимателно проучване от полето и лабораторията, за да ги изведат на светло. Те обикновено включват физиологични механизми.

Тези видове адаптации се наблюдават и при хората. Те използват културните адаптации като подмножество от поведенчески адаптации. Например, където хората, живеещи в дадена среда, учат начини за модифициране на храната, от която се нуждаят, за да се справят с дадения климат.

Всички функции ли са адаптации?

Когато наблюдаваме някое живо същество, ще забележим, че то е пълно с характеристики, които се нуждаят от обяснение. Помислете за птица: оцветяването на оперението, песента, формата на краката и клюна, сложните танци на ухажване, можем ли всички да ги считаме за адаптивни характеристики?

Не. Въпреки че е вярно, че естественият свят е пълен с адаптации, не бива веднага да заключаваме, че чертата, която наблюдаваме, е една от тях. Един признак може да присъства главно поради следните причини:

Те могат да бъдат химически или физически последици

Много черти са просто последици от химическо или физическо събитие. Цветът на кръвта е червен при бозайниците и никой не мисли, че червеният цвят сам по себе си е адаптация.

Кръвта е червена поради състава си: червените кръвни клетки съхраняват протеин, отговорен за транспортирането на кислород, наречен хемоглобин - който причинява характерното оцветяване на споменатата течност.

Може да е следствие от дрейфа на гените

Дрифтът е случаен процес, който произвежда промени в алелните честоти и води до фиксиране или елиминиране на определени алели по стохастичен начин. Тези характеристики не предоставят никакво предимство и не увеличават годността на индивида.

Да предположим, че имаме популация от бели мечки и черни мечки от един и същи вид. В един момент изследваната популация претърпява намаляване на броя на организмите поради екологична катастрофа и повечето бели индивиди умират случайно.

С течение на времето съществува голяма вероятност алелът, че кодовете за черна козина да бъдат фиксирани и цялото население да се състои от черни индивиди.

Това обаче не е адаптация, защото не дава никакво предимство на лицето, което го притежава. Обърнете внимание, че процесите на генетичен дрейф не водят до формиране на адаптации, това става само чрез механизма на естествения подбор.

Може да е свързана с друга характеристика

Нашите гени са един до друг и могат да се комбинират по различни начини в процес, наречен рекомбинация. В някои случаи гените са свързани и наследявани заедно.

За да обясним тази ситуация, ще използваме хипотетичен случай: гените, които кодират сини очи, са свързани с тези за руса коса. Логично става въпрос за опростяване, вероятно има и други фактори, участващи в оцветяването на структурите, но ние го използваме като дидактичен пример.

Да предположим, че русата коса на нашия хипотетичен организъм му дава известно предимство: камуфлаж, защита от радиация, срещу студа и т.н. Хората с руса коса ще имат повече деца от връстниците си, които нямат тази характеристика.

Потомството, освен русата коса, ще има сини очи, защото гените са свързани. През поколенията можем да наблюдаваме, че сините очи се увеличават по честота, въпреки че не дават никакво адаптивно предимство. Това явление е известно в литературата като „генетичен автостоп“.

Може да е следствие от филогенетичната история

Някои знаци може да са следствие от филогенетичната история. Шевовете на черепа при бозайници допринасят и улесняват процеса на раждане и могат да се тълкуват като адаптация към него. Въпреки това чертата е представителна в други родове и е черта на предците.

Предварителни адаптации и експепции

С течение на годините еволюционните биолози обогатяват терминологията по отношение на характеристиките на организма, включително нови понятия като „предварителна адаптация“ и „експанзия“.

Според Futuyma (2005) предварителната адаптация е „черта, която случайно изпълнява нова функция“.

Например, силните човки на някои птици може да са избрани да консумират определен вид храна. Но в подходящи случаи тази структура може да служи и като адаптация за нападение на овце. Тази рязка промяна във функцията е предварителна адаптация.

През 1982 г. Гулд и Върба въвеждат концепцията за „изпитване“, за да опишат предварителна адаптация, която е кооптирана за нова употреба.

Например, перата на плуващите птици не са били оформени чрез естествен подбор под селективния натиск на плуването, но за щастие са служили за това.

Като аналогия на този процес имаме носа си, въпреки че той със сигурност е избран, защото добавя известно предимство в процеса на дишане, сега го използваме, за да държим очилата си.

Най-известният пример за изпитване е палецът на пандата. Този вид се храни специално с бамбук и за да го манипулират, той използва "шести палец", получен от растежа на други структури.

Примери за адаптации

Полет при гръбначни животни

Птици, прилепи и вече изчезнали птерозаври конвергентно се сдобиха със средства за движение: полет. Различни аспекти на морфологията и физиологията на тези животни изглежда са адаптации, които увеличават или благоприятстват способността за летене.

Костите имат кухини, които ги правят леки, но устойчиви структури. Тази конформация е известна като пневматизирани кости. В днешните летящи линии - птици и прилепи - храносмилателната система също има определени особености.

Червата са много по-къси, в сравнение с животни без полет с подобни размери, вероятно за намаляване на теглото по време на полет. По този начин, намаляването на повърхността на абсорбция на хранителни вещества избира увеличение на клетъчните абсорбционни пътища.

Адаптациите при птиците намаляват до молекулни нива. Предлага се размерът на генома да бъде намален като адаптация за полет, като се намаляват метаболитните разходи, свързани с наличието на голям геном и следователно големи клетки.

Ехолокация при прилепи

Източник: От Shung, от Wikimedia Commons

При прилепите има особена адаптация, която им позволява да се ориентират пространствено, докато се движат: ехолокация.

Тази система се състои от излъчване на звуци (хората не са способни да ги възприемат), които отскачат от обектите и прилепът е способен да ги възприема и превежда. По същия начин морфологията на ушите на някои видове се счита за адаптация, за да могат ефективно да приемат вълните.

Дългата шия на жирафите

Източник: От Джон Storr, от Wikimedia Commons

Никой не би се усъмнил, че жирафите имат необичайна морфология: удължена шия, която поддържа малка глава и дълги крака, които поддържат теглото им. Този дизайн затруднява различни дейности в живота на животното, като например пиене на вода от езерце.

Обяснението за дългите вратове на тези африкански видове е любим пример на еволюционните биолози от десетилетия. Преди Чарлз Дарвин да замисли теорията за естествения подбор, френският натуралист Жан-Батист Ламарк вече има концепция - макар и погрешна - за промените и биологичната еволюция.

За Ламарк шията на жирафите е била удължена, защото тези животни непрекъснато я разтягали, за да може да достигне до акационните пъпки. Това действие ще се превърне в наследствена промяна.

В светлината на съвременната еволюционна биология използването и употребата на знаци се счита, че нямат ефект върху потомството. Адаптирането на дългата шия трябва да е възникнало, защото индивидите, които носят мутации за тези характеристики, оставят повече потомство, отколкото техните връстници с по-къси шии.

Интуитивно можем да предположим, че дългата шия помага на жирафите да получават храна. Въпреки това, тези животни обикновено се хранят за храна в ниски храсти.

И така, за какво са жирафи вратове?

През 1996 г. изследователите Симънс и Шепърс изучават социалните отношения на тази група и опровергават тълкуването на това как жирафите са си прибрали шията.

За тези биолози шията се разви като „оръжие“, което мъжете използват в битката, за да стигнат до женски, а не да получават храна във високи райони. Различни факти подкрепят тази хипотеза: вратовете на мъжете са много по-дълги и по-тежки от тези на жените.

Можем да заключим, че дори ако една адаптация има очевидно очевидно значение, трябва да поставим под въпрос интерпретациите и да тестваме всички възможни хипотези, използвайки научния метод.

Разлики с еволюцията

И двете концепции, еволюцията и адаптацията не са противоречиви. Еволюцията може да се случи чрез механизма на естествения подбор и това генерира адаптации. Необходимо е да се подчертае, че единственият механизъм, който произвежда адаптации, е естественият подбор.

Съществува друг процес, наречен дрейф на ген (споменат в предишния раздел), който може да доведе до еволюция на популация, но не произвежда адаптации.

Обърквания относно адаптациите

Въпреки че изглежда, че адаптациите са функции, създадени точно за тяхната употреба, еволюцията и съответно концепцията за адаптациите, нямат цел или съзнателна цел. Нито са синоним на прогрес.

Точно както процесът на ерозия не е предназначен да създава красиви планини, така и еволюцията не е предназначена да създава организми, перфектно адаптирани към тяхната среда.

Организмите не се стремят да се развиват, така че естественият подбор не дава на дадено лице необходимото. Например, нека си представим поредица от зайци, които поради промените в околната среда трябва да издържат на силен студ. Нуждата на животните от обилна козина няма да я накара да се появи и разпространи сред населението.

За разлика от това, някои случайни мутации в генетичния материал на заека могат да генерират по-обилна козина, което прави неговия носител да има повече деца. Тези деца вероятно наследяват козината на баща си. По този начин изобилната козина може да увеличи честотата си в популацията на зайци и в нито един момент не е бил наясно с това.

Също така, селекцията не създава перфектни структури. Те просто трябва да са достатъчно добри, за да могат да предадат на следващото поколение.

Препратки

1. Caviedes-Vidal, E., McWhorter, TJ, Lavin, SR, Chediack, JG, Tracy, CR, & Karasov, WH (2007). Храносмилателната адаптация на летящите гръбначни: високото чревно парацелуларно абсорбиране компенсира по-малките черва. Трудове на Националната академия на науките, 104 (48), 19132-19137.
2. Freeman, S., & Herron, JC (2002). Еволюционен анализ. Prentice Hall.
3. Futuyma, DJ (2005). Evolution. Sinauer.
4. Gould, SJ, & Vrba, ES (1982). Exaptation-липсващ термин в науката за формата. Палеобиология, 8 (1), 4-15.
5. Organ, CL, Shedlock, AM, Meade, A., Pagel, M., & Edwards, SV (2007). Произход на размера и структурата на генома на птиците при не-птичи динозаври. Природа, 446 (7132), 180.